JPH0226288A

JPH0226288A - 電動機速度制御系のゲイン補正回路

Info

Publication number: JPH0226288A
Application number: JP63175141A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tanaka; 田中　芳紀; Yuji Todaka; 戸高　雄二
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1990-01-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、各種産業のプロセスライン等において、コ
イル状の帯状材料を電動機駆動されるリールによって巻
取りもしくは巻戻す際の電動機速度制御系のゲイン補正
回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、コイル状の帯状材料を電動機駆動されるリールに
よって巻取りもしくは巻戻ず際の制御方式としては、張
力制御方式が知られている。従来のこの種の速度制御系
は、第３図に示すように構成されている。第３図におい
て、参照符号１０は帯状材料を示し、この帯状材料１０
はリール１２によりコイル状に巻取られる。前記リール
１２は電動ｅｌｌ１４により駆動され、この電動機１４
には速度発電機１６が結合されている。電動機１４のト
ルクは電機子電流に比例し、電機子電流を制御すればト
ルクを１対１で変えることができる。

回転数設定値Ｎ＊と回転数検出値Ｎ、　どの＋ｓｔ偏差を入力とする速度調節器２６の出力は、電流指令Ｉ
＊として電流検出器２２からの電流検出値１．　ととも
にトルク調節器２４に＋ｓｔ入力され、この出力により電力変換器２０が操作されて
、電動機１４の電機子電流が制御される。制御系として
は、電流マイナーループ制御を持つ系となっている。こ
の電機子電流を一定に制御して、帯状材料１０の張力を
一定に保つ制御が従来の張力制御方式である。

すなわち、従来の張力制御方式は帯状材料の張力を制御
するトルク制御が主となるため、電動機速度制御系のゲ
イン補正回路は付加されていなかった。従って、コイル
状の帯状材料の種々の外径のものに対して、負荷の慣性
モーメントが変化していても、速度制御系のゲインは一
定のままで制御されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した制御系では、コイル状の帯状材
料の種々の外径のものに対して、速度制御により帯状材
料の先端部または尾端部を所望の位置に停止させようと
する場合、負荷の慣性モーメントが変化しているにもか
かわらず、速度制御系のゲインが一定であるために、電
動機の特性を一定に制御することが困難であった。

また、最小のコイル径の時の最大周速から求められる回
転数を上限値として、最大のコイル径の時の所定の周速
から最小回転数を求めると、速度制御系の分解能が一定
であるために、電動機の定速限界回転数以下となる場合
があった。

すなわち、速度制御系のゲインが一定であること、およ
び速度制御系の分解能が一定であることから、速度制御
系の制御精度が満足されないという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、コイル状の帯状材料を電動機
駆動されるリールによって巻取りもしくは巻戻す際に、
負荷の慣性モーメントの変化に左右されずに電動機速度
制御系の高精度な速度制御を行うことかできる電動機速
度制御系のゲイン補正回路を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る電動機速度制御系のゲイン補正回路は、電
動機により駆動されるリールを介して帯状材料をコイル
状に巻取りもしくは巻戻す設備からなり、前記電動機の
回転数設定値と回転数検出値との偏差を入力とする速度
調節器と、電流検出値とともに前記速度調節器の出力値
を入力とするトルク調節器と、該トルク調節器により操
作される電力変換器とを備える電動機速度制御系におい
て、コイル状帯状材料の周速から前記回転数設定値を求
める回転数演算器と、コイル状帯状材料の慣性モーメントの変化をリールに巻
付いている帯状材料の外径の関数として演算するゲイン
補正係数演算器と、前記回転数設定値と前記回転数検出
値の各々に対して前記ゲイン補正係数演算器の出力を掛
合せる掛算器とを設けることを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る電動機速度制御系のゲイン補正回路によれ
ば、回転数設定値と回転数検出値の各々に対して掛合わ
せるゲイン補正係数を演算するのに際し、リールにコイ
ル状に巻取りもしくは巻戻す帯状材料の外径の関数とし
てゲイン補正係数を演算するため、電動機の負荷の慣性
モーメントの変化に対して適正な制御を行えるとともに
簡単な回路構成で高い精度の速度系の制御を達成するこ
とができる。

また、ゲイン補正係数演算器の出力値をコイル状帯状材
料の周速から求めた回転数設定値と回転数検出値に対し
て掛合せることは、電動機速度制御系の分解能を向上さ
せ、低速限界回転数を高める。

〔実施例〕

次に、本発明に係る電動機速度制御系のゲイン補正回路
の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説
明する。

第１図は、本発明の電動機速度制御系のゲイン補正回路
の一実施例を示すｔ１１制御系構成図である。なお、本
実施例において、第３図に示した従来例と同一の構成部
分については同一の参照符号を付して、その詳細な説明
を省略する。すなわち第１図では、周速設定器３２、回
転数演算器２８．ゲイン補正係数演算器３０．コイル径
設定器３４．掛算器３６゜３８が第３図と比較して新た
に付加されている。ここで、回転数演算器２８には、リ
ールに巻きついているコイル状の帯状材料の周速から求
められる電動機の周速設定器３２により与えられる周速
設定値Ｖ＊を入力する。ゲイン補正係数演算器３０へは
、コイル状にリールへ巻取る帯状材料のコイル径Ｄｘを
コイル径設定器３４から入力する。ゲイン補正係数演算
器においては、ゲイン補正係数をコイル径Ｄｘを用いて
、電動機軸換算の慣性モーメントＧＤ２　　の関数ｆ　
（ＧＤ２　ｘ）として演算する。

このように構成された本発明の電動機速度制御系のゲイ
ン補正回路においては、電動機の周速設定Ｂ３２から与
えられる周速設定値Ｖ９を回転数演算器２８へ入力して
得られる回転数設定値Ｎ　に対してゲイン補正係数演算
器３０の出力値であるゲイン補正係数ｆ（ＧＤ２　　）
を乗じた値ｆ　（ＧＤ２　、　）Ｎ＊と、速度発電１１
１６から得られる回転数検出値Ｎｔｓｔに対して前記ゲ
イン補正係数ｆ（ＧＤ２　　）を乗じた値ｆ　（ＧＤ２
　ｘ）Ｎ１５ｔとの偏差を加算器４０にて求め、この偏
差を入力とする速度調節器２６は該偏差が零となるよう
に電動機１４の回転数を制御する。

第２図は、上記した第１図の本発明実施例の制御系構成
図を、等価変換により簡単化して書き直した制御ブロッ
ク図である。第２図において、参照符号５０はゲイン補
正回路部であり、ゲイン補正比例要素（ゲイン補正係数
）５２と速度調節器の伝達関数５４から構成され、制御
系としては、さらにトルク調節器１次遅れ要素５６．電
動機起動時定数５８およびフィードバック系の速度検出
１次遅れ要素６０から構成される。なお、図中のＳはラ
プラス演算子で、Ｔ、Ｔ、はそれぞれ速度調節器２６．
トルク調節器２４の時定数。

王　は速度発電機１６の時定数、Ｊは電動機μ ｍ４の起動時定数、そしてＫＩ）は速度調節器２６のゲ
イン定数である。従って、第２図の制御ブロックから明
らかなように、この速度制御系のゲインはｆ（ＧＤ２　
　）・Ｋ、となる。

次に、第１図のゲイン補正係数演算器１１の機能につい
て、以下説明する。ここで、電動機１４の起動時定数を
Ｊ［ｓｅｃ］とし、慣性モーメントは電動機軸換算の慣
性モーメントＧＤ２　　［ＫＩ−ｍ］を用いる。

リール１２にコイル状に巻取られる帯状材料１０が無い
場合、すなわち、リール１２の軸径に等しいコイル径り
。のときの起動時定数Ｊと軸換算の慣性モーメントＧＤ
２をそれぞれＪ、ＧＤ２ｏとし、リール１２に巻取りＯられる帯状材料１０があるコイル径ＤｘのときのＪ、Ｇ
Ｄ３をそれぞれＪ、ＧＤ３゜＋ｘＧＤ２．ｘとすれば、ＧＤ２　　　２π　　　Ｎ。

ＪＤＯ＝４　　　　６０　　　τ０の関係より、次式が成立する。

ＧＤ２＋ＧＤ２０× Ｊ　ロＸ−Ｊ　ＤＯｘ・−（１）ＧＤ２また、最大コイル径ＤＨＡＸの時のＧＤ２をＧＤ２ｏ）
ｌＡＸとすれば、前記ＧＤ２．ｘはＤ″４−Ｄ。

× ＧＤ２Ｄｘ　”　Ｇ　Ｄ　２ＸＤＨＡＸ・・・（２）ＤＨＡＸ　’　−ＤＯ’ となる。

（２）式を（１）式に代入してｆ（ＧＤ２が得られる。ここで、ｆ（ＧＤ２ｘ）を０　４−ＤＯ４ＧＤ２　＋ＧＤ２ＤＨＡＸ× ［）４［）ｏ４ＡＸｘ）− ＧＤ２　。

と置けば、（３）式はＪｏｘ−Ｊｏｏｘｆ（ＧＤ２ｘ）　　　　−（３）’と
表わせる。

今、最小コイル径り。のときのＮｗＪ！ＩＩの起動時定
数Ｊ。。である場合に、角速度ωがカッＪＤｘ””　Ｄ
ＯｘＧＤ２＋ＧＯ２ＸＤＨＡＸＧＤ２Ｄ４−Ｄ。

ＤＨＡＸ”Ｏ’ ・・・（３）トオフω。−−［ｒａｄ／ｓｅｃ　］となるようＣなゲインに、を求めると、 ’ＤＯＫｐ−・・・（４）Ｃとなり、また、コイル径Ｄｘのときの起動時定数、すなわちＪ。

Ｘである場合に、カットオフω。＝　　　　　［ｒａｄ
／ｓｅｃ　］となるようなゲＣインＫ　を求めると、ＤｘＪ、ｘ　　　Ｊｏｏｘｆ（ＧＤ２ｘ）となる。従って、（４）。

（５）式より、Ｋ　　ｘ、ｆ（ＧＤ２ｘ）＝Ｄｘ・・・（６）ｆ（ＧＤ３（８）式は、電動機の起動時定数’ＯｘがＪ。０からＪ
ＤＨＡＸへ、すなわち、コイル径が最小から最大へ変化
する時に、その時のゲインがＫ。

ｘ　ｆ　（Ｇ　Ｄ　２ｘ　）であれば、カットオフω　
−［ｒａｄ／ｓｅｃ　］は一定に制御さＴ。

れることを示す。

従って、ゲイン補正係数演克器３ｏは、コイル径実際値
Ｄｘを入力とし、この入力値と、既知数である最小コイ
ル径Ｄｏ、最大コイル径Ｄ　　、およびその時の電動線
輪換算のそＡＸれぞれの慣性モーメントＧＤ２ｏ。

ＧＤ２　　　の多値から、ＤＨＡＸＱ　　４−［］ｏ４Ｇ　Ｄ　２０　＋　Ｇ　Ｄ　２Ｄ１４ＡＸＸＤＨＡＸ”
Ｏ’ ｘ）− ＧＤ２゜・・・（７）を得る。

となるゲイン補正係数を出力するよう演算する機能を有
している。

また、コイル径Ｄｘの時の最大周速から求められる回転
数をＮｘとすれば、回転速度設定はＮｘ−ｆ（ＧＤ２Ｘ）となる。ここで、（７）式よりｆ　（ＧＤ２　ｘ）≧１であることから、速度制御系の分解能が向上する。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
コイル状に巻取りもしくは巻戻す帯状材料の慣性モーメ
ントの変化を該帯状材料の外径の関数として演算するゲ
イン補正係数演算回路を設け、この出力値であるゲイン
補正係数を回転数設定値と回転数検出値のそれぞれに対
して掛合せた値を用いて得られる偏差を速度調節器の入
力とすることにより速度制御系のゲインを補正するので
、制御対象である電動機の負荷の慣性モーメントが変化
しても電動機を一定の特性で制御できると共に、速度制
御系の分解能をも向上する利点をもたらす。従って、高
精度な速度制御を達成することができる。

さらに、本発明のゲイン補正回路は、簡単な回路により
既設の電動機の速度制御系に対して簡便に付設すること
ができるので、適正な制御を容易に、かつ、円滑に実現
することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明は慣性モーメントが変化する回転体の周速を制御する
ような制御系についても適用可能であり、前記実施例に
限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内
において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は帯状材料をコイル状に巻取る制御系に適用した
本発明の電動機速度制御系のゲイン補正回路の一実施例
を示す構成図、第２図は第１図を等価変換により簡単化
して書き直した制御ブロック図、第３図は従来の速度制
御系を示す構成図である。１０・・・帯状材料　　　　１２・・・リール１４・・
・電動機　　　　　１６・・・速度発電機２０・・・電
力変換器　　　２２・・・電流検出器２４・・・トルク
調節器　　２６・・・速度調節器２８・・・回転数演算
器３０・・・ゲイン補正係数演算器３２・・・周速膜′定器　　　３４・・・コイル径設定
器３６、３８・・・掛算器　　　４０・・・加算器５０
・・・ゲイン補正回路部５２・・・ゲイン補正比例要素５４・・・速度調節器の伝達関数５６・・・トルク調節器１次遅れ要素５８・・・電動機起動時定数６０・・・速度検出１次遅れ要素

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電動機により駆動されるリールを介して帯状材料
をコイル状に巻取りもしくは巻戻す設備からなり、前記
電動機の回転数設定値と回転数検出値との偏差を入力と
する速度調節器と、電流検出値とともに前記速度調節器
の出力値を入力とするトルク調節器と、該トルク調節器
により操作される電力変換器とを備える電動機速度制御
系において、コイル状帯状材料の周速から前記回転数設定値を求める
回転数演算器と、コイル状帯状材料の慣性モーメントの変化をリールに巻
付いている帯状材料の外径の関数として演算するゲイン
補正係数演算器と、前記回転数設定値と前記回転数検出
値の各々に対して前記ゲイン補正係数演算器の出力を掛
合せる掛算器とを設けることを特徴とする電動機速度制
御系のゲイン補正回路。